RU2116596C1 - Dc electric furnace for electroslag reduction of metals - Google Patents
Dc electric furnace for electroslag reduction of metals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116596C1 RU2116596C1 RU94031151A RU94031151A RU2116596C1 RU 2116596 C1 RU2116596 C1 RU 2116596C1 RU 94031151 A RU94031151 A RU 94031151A RU 94031151 A RU94031151 A RU 94031151A RU 2116596 C1 RU2116596 C1 RU 2116596C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- cathode
- electrodes
- ellipse
- anode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрометаллургии, в частности, к восстановительному получению металлов из минеральных отходов металлургии. The invention relates to electrometallurgy, in particular, to the recovery of metals from mineral wastes of metallurgy.
Одним из главных направлений в развитии производства металлов является разработка конструкций плавильных печей, обеспечивающих высококачественный и экономичный процесс получения металлов и их сплавов из шихтовых и минеральных материалов. One of the main directions in the development of metal production is the development of designs for smelting furnaces that provide a high-quality and economical process for the production of metals and their alloys from charge and mineral materials.
В настоящее время для производства высококачественных металлов используют электрические печи, питание которых осуществляют переменным или постоянным током, причем строительство последних получило в последние годы преимущественное развитие ввиду ряда их отличительных сторон: возможность микролегирования металла, удаление водорода и серы, уменьшение потерь металла и др. Currently, electric furnaces are used for the production of high-quality metals, the power of which is supplied by alternating or direct current, and the construction of the latter has been predominantly developed in recent years due to a number of their distinctive aspects: the possibility of microalloying metal, removing hydrogen and sulfur, reducing metal losses, etc.
Известны электродуговые печи постоянного тока [1, 2], имеющие вертикальный электрод (катод), через полость которого непосредственно в зону горения дуги подают шихту одновременно с восстановительным газом. Анодом в этих конструкциях служит подина печи. Постоянный электрический ток, проходя через шлаковый расплав, обеспечивает выделение тепловой энергии, дополнительное восстановление металла и его рафинирование за счет протекания электрохимических реакций в шлаковом расплаве. Под действием тока происходит диффузия ионов, при этом катионы диффундируют к катоду, осаждаясь в виде металла, а анионы кислорода, серы и др. диффундируют к аноду. Known DC electric arc furnaces [1, 2], having a vertical electrode (cathode), through the cavity of which directly into the combustion zone of the arc serves the mixture simultaneously with the reducing gas. The anode in these structures is the hearth of the furnace. A constant electric current passing through the slag melt provides the release of thermal energy, additional reduction of the metal and its refining due to the occurrence of electrochemical reactions in the slag melt. Under the influence of current, ion diffusion occurs, while cations diffuse to the cathode, precipitating in the form of a metal, and oxygen, sulfur, and other anions diffuse to the anode.
В практике получения металлов восстановительным путем используется множество подобных конструкций электропечей, работающих по описанному принципу. Так, например, известны печи, имеющие несколько верхних электродов [3], и, кроме того, несколько стартовых [4, 5]. В процессе работы упомянутых печей в шлаковую ванну на протяжении всей плавки периодически вдувают восстановительные газы - плавление металла происходит в условиях активного взаимодействия двух жидких фаз (металла и шлака) и газовой. Жидкий металлический расплав располагается на дне печи и для извлечения его необходимо либо наклонять корпус, либо сливать металл и шлак через специальные отверстия - летки. Первый вариант требует применения дополнительного оборудования (например, кантователей), второй - не обеспечивает полного слива металла из-за плоской либо сферической формы подины печи. Кроме того, при плоской или сферической подине расплав металла, особенно его верхний слой, содержит значительное количество вредных примесей, которые присутствуют в шлаке в виде анионов кислорода и серы. In the practice of producing metals in a reducing way, many similar designs of electric furnaces are used, operating according to the described principle. For example, there are known furnaces having several upper electrodes [3], and, in addition, several starting electrodes [4, 5]. In the process of operation of the above-mentioned furnaces, reducing gases are periodically blown into the slag bath throughout the entire smelting process - the metal is melted under the conditions of the active interaction of two liquid phases (metal and slag) and gas. The liquid metal melt is located at the bottom of the furnace and to remove it it is necessary either to tilt the body or to drain the metal and slag through special openings - notches. The first option requires the use of additional equipment (for example, tilters), the second does not provide complete drainage of metal due to the flat or spherical shape of the hearth of the furnace. In addition, with a flat or spherical hearth, the molten metal, especially its upper layer, contains a significant amount of harmful impurities that are present in the slag in the form of oxygen and sulfur anions.
За прототип изобретения как наиболее близкой по технической сущности и принципу работы выбрана конструкция печи [6], содержащая подину, боковые стены, электроды, один из которых является катодом, другой анодом, расположенные вертикально, свод с загрузочным окном, размещенным в зоне анода. For the prototype of the invention as the closest in technical essence and principle of operation, the furnace design [6] was selected, containing a hearth, side walls, electrodes, one of which is a cathode, the other anode, located vertically, a vault with a loading window located in the anode zone.
Принцип работы печи аналогичен описанным в изобретениях-аналогах и, как и упомянутые известные конструкции, эта печь имеет те же недостатки: трудности, возникающие при отделении жидкого металла от шлака и присутствие в нем значительного количества примесей. The principle of operation of the furnace is similar to that described in the inventions-analogues and, like the known constructions mentioned, this furnace has the same disadvantages: difficulties arising in the separation of liquid metal from slag and the presence of a significant amount of impurities in it.
Одним из важных условий производительной работы электропечи является обеспечение равномерных тепловых нагрузок на огнеупоры по всему периметру, что в первую очередь зависит от взаиморасположения электродов по отношению к стенкам корпуса печи. One of the important conditions for the productive operation of an electric furnace is to ensure uniform thermal loads on the refractories around the entire perimeter, which primarily depends on the relative position of the electrodes relative to the walls of the furnace body.
Известная печь имеет сечение окружности, в котором размещены два электрода, отстоящие друг от друга на расстоянии, предотвращающем возникновение дуги между ними. Такое сочетание формы корпуса и места расположения электродов не обеспечивает одинаковых нагрузок на футеровку, так как тепловыделение у анода всегда на 20-30% выше, чем у катода, сближение электродов с целью увеличения температуры ванны в зоне катода сопряжено с опасностью возникновения между ними дуги. The known furnace has a circular section in which two electrodes are placed, spaced from each other at a distance that prevents the occurrence of an arc between them. This combination of the shape of the casing and the location of the electrodes does not provide the same load on the lining, since the heat dissipation at the anode is always 20-30% higher than that of the cathode, rapprochement of the electrodes in order to increase the temperature of the bath in the cathode zone is fraught with the danger of arcing between them.
Задачей изобретения является увеличение долговечности электрической печи путем обеспечения равномерных тепловых нагрузок на ее внутреннюю полость и получения металла с минимальным содержанием вредных примесей, а также облегчение отделения его от шлака и упрощение операции слива шлака путем выбора оптимальной формы подины. The objective of the invention is to increase the durability of an electric furnace by ensuring uniform thermal loads on its internal cavity and obtaining a metal with a minimum content of harmful impurities, as well as facilitating its separation from slag and simplifying the operation of draining the slag by choosing the optimal shape of the hearth.
Задача решается так, что в электропечи постоянного тока для электрошлакового восстановления металлов из минеральных материалов, состоящей из корпуса с летками для слива расплавленного металла и шлака, содержащего крышку (свод) с люками для отвода дымовых газов и ввода фурм для подачи восстановителей, люками для подачи шихты и электродов, один из которых является катодом, а другой - анодом, расположенных вертикально, рабочее пространство в горизонтальном сечении имеет форму эллипса с расстоянием между фокусами, равным 3-5 диаметрам электродов, причем электроды расположены на большой оси эллипса, катод расположен в фокусе эллипса со стороны стенки с люком для слива металла, анод - в противоположной стороне печи у люка для загрузки шихты. В вертикальном сечении подина наклонена под углом 15-45o в сторону от анода к катоду.The problem is solved in such a way that in a DC electric furnace for electroslag recovery of metals from mineral materials, consisting of a housing with tap holes for draining molten metal and slag containing a cover (roof) with hatches for removing flue gases and introducing tuyeres for supplying reducing agents, hatches for feeding charge and electrodes, one of which is the cathode, and the other is the anode, located vertically, the working space in a horizontal section has the shape of an ellipse with a distance between the foci equal to 3-5 diameters of electro dow, and the electrodes are located on the major axis of the ellipse, the cathode is located in the focus of the ellipse from the side of the wall with a hatch for draining the metal, the anode is in the opposite side of the furnace near the hatch for loading the charge. In a vertical section, the hearth is tilted at an angle of 15-45 o in the direction from the anode to the cathode.
Отличительным признаком предлагаемой конструкции является форма рабочего пространства печи в горизонтальном сечении в виде эллипса с межфокусным расстоянием, равным 3-5 диаметрам электродов, наклоном подины на 15-45o в сторону катода в фокусе у стенки с люком для слива металла.A distinctive feature of the proposed design is the shape of the working space of the furnace in horizontal section in the form of an ellipse with a focal length equal to 3-5 diameters of the electrodes, the tilt of the bottom by 15-45 o towards the cathode in focus at the wall with a hatch for draining the metal.
Тепловая энергия, выделяющаяся в районе анода, распространяется во всех направлениях от оси электрода к периферии. Поэтому, чем ближе к аноду находится участок внутренней полости, тем больше он нагревается. При круглом сечении корпуса наблюдается заметный перепад температуры между областью стенки, находящейся в непосредственной близости к катоду, и остальной ее частью. Это приводит к неравномерной тепловой нагрузке на огнеупоры и как следствие к быстрому износу печи. The heat energy released in the region of the anode propagates in all directions from the axis of the electrode to the periphery. Therefore, the closer to the anode is the portion of the internal cavity, the more it heats up. With a round cross-section of the casing, a noticeable temperature difference is observed between the region of the wall located in close proximity to the cathode and the rest of it. This leads to an uneven thermal load on the refractories and, as a consequence, to rapid wear of the furnace.
Эллиптическая форма корпуса печи позволяет устранить этот недостаток, так как в этом случае его стенки в районе катода отстоят практически на одинаковом расстоянии от последнего и подвержены одинаковому тепловому воздействию. В результате практических опытов установлено, что эффективное использование тепла, выделяющегося в шлаковой ванне, обеспечивается при форме эллипса, у которого расстояние между фокусами (и соответственно расположение электродов) находится в интервале, равном 3-4 диаметрам электродов. При рабочем пространстве печи с расстоянием между фокусами эллипса менее 3 диаметров электродов снижается производительность процесса плавления шихты, так как в этом случае объем шлаковой ванны мал и к тому же требуется применение электродов малого диаметра. Превышение этого расстояния на величину более 5 диаметров приводит к явлениям, имеющим место в конструкции печи-прототипа - неравномерному нагреву стенок корпуса и уменьшению производительности процесса. Выбранное расстояние между фокусами эллипса (соответственно расстояние между электродами) удовлетворяет условию равномерности тепловой нагрузки на огнеупоры, обеспечивает высокую производительность и долговечность работы печи, уменьшение тепловых потерь и соответственно энергетических затрат. The elliptical shape of the furnace body eliminates this drawback, since in this case its walls in the cathode region are spaced almost at the same distance from the latter and are subject to the same thermal effect. As a result of practical experiments, it was found that the effective use of heat released in the slag bath is provided in the form of an ellipse, in which the distance between the foci (and, accordingly, the location of the electrodes) is in the range of 3-4 electrode diameters. When the working space of the furnace with a distance between the focal points of the ellipse is less than 3 diameters of the electrodes, the productivity of the process of melting the charge decreases, since in this case the volume of the slag bath is small and the use of small diameter electrodes is also required. Exceeding this distance by more than 5 diameters leads to the phenomena that take place in the design of the prototype furnace — uneven heating of the walls of the casing and a decrease in the productivity of the process. The selected distance between the focal points of the ellipse (respectively, the distance between the electrodes) satisfies the condition of uniformity of the heat load on the refractories, provides high productivity and durability of the furnace, reducing heat loss and, accordingly, energy costs.
Следующим отличием заявляемого устройства является наклон подины печи к горизонтали в сторону катода и летки для слива металла. При таком наклоне металл, получаемый из шихты, накапливается лишь в наиболее горячей зоне печи - у катода. Учитывая тот факт, что в процессе работы печи анод выводится из зоны расплава (а значит, удаляется и зона шлака, в которой сосредоточены вредные примеси (анионы кислорода и серы), скопление металла в зоне катода благоприятствует более глубокому его рафинированию. The next difference of the claimed device is the tilt of the hearth of the furnace horizontally towards the cathode and the tap hole for draining the metal. With such a tilt, the metal obtained from the charge accumulates only in the hottest zone of the furnace - at the cathode. Considering the fact that during operation of the furnace, the anode is removed from the melt zone (which means that the slag zone in which harmful impurities (oxygen and sulfur anions) are concentrated) is also removed, the accumulation of metal in the cathode zone favors its deeper refinement.
Эмпирическим путем установлен оптимальный угол наклона подины печи, который может колебаться в пределах от 15 до 45o для шихт разного состава: большой угол для шихты с очень низким содержанием восстанавливаемого металла (при этом необходимо иметь в печи много шлака), меньший - для шихты с большей концентрацией восстанавливаемого металла (50% и более).Empirically, an optimal angle of inclination of the furnace hearth has been established, which can range from 15 to 45 o for batch with different composition: a large angle for a batch with a very low content of recoverable metal (it is necessary to have a lot of slag in the furnace), a smaller one - for a batch with higher concentration of recoverable metal (50% or more).
Отсюда очевидно, что уменьшать наклон подины на угол менее 15o нецелесообразно, так как в этом случае возрастает вероятность попадания вредных примесей в расплав металла, а при увеличении угла более 45o для переработки минерального сырья с низким содержанием восстанавливаемого металла потребуется увеличивать рабочий объем печи.Therefore, it is impractical to reduce the tilt of the hearth by an angle of less than 15 o , since in this case the likelihood of harmful impurities getting into the molten metal increases, and if the angle is increased to more than 45 o, it will be necessary to increase the working volume of the furnace to process mineral raw materials with a low content of recoverable metal.
Наклон печи упрощает операцию извлечения металла (слив производится через летку) и способствует полному его удалению без остатка. The tilt of the furnace simplifies the operation of metal extraction (drainage is made through the tap hole) and contributes to its complete removal without residue.
Сущность изобретения поясняет чертеж электрической печи, содержащей корпус 1, в котором размещены летки 2 (для слива расплавленного металла) и 3 (для слива шлака). На корпусе печи закреплена крышка (свод) 4 с выполненными в ней люками для фурмы 5 отвода дымовых газов и фурмы 6 подачи восстановителей в печь. Крышка содержит также люк, через который загружается шихта из бункера 7 и люки для подачи электродов - катода 8 и анода 9. Особенностью конструкции является то, что катод расположен со стороны выпускного отверстия для слива металла, а анод - прямо противоположно катоду со стороны люка загрузки шихты, при этом фурма подачи восстановителей размещена между электродами. The invention is illustrated in the drawing of an electric furnace containing a housing 1, in which there are slots 2 (for draining molten metal) and 3 (for draining slag). A lid (arch) 4 is fixed on the furnace body with hatches made for it for a lance 5 for flue gas removal and a lance 6 for supplying reducing agents to the furnace. The cover also contains a hatch through which the charge from the hopper 7 and hatches for feeding electrodes — the cathode 8 and the anode 9 — are loaded. A design feature is that the cathode is located on the outlet side for draining the metal, and the anode is directly opposite the cathode on the side of the loading hatch charge, while the lance supply of reducing agents is placed between the electrodes.
Такое сочетание конструктивных особенностей печи усиливает положительный эффект, обеспечиваемый отличительными признаками устройства - эллиптической формой сечения корпуса и наклоном его подины. This combination of design features of the furnace enhances the positive effect provided by the hallmarks of the device - the elliptical shape of the cross section of the body and the slope of its bottom.
Действительно, в наиболее глубокой части печи сосредоточивается жидкий металл и расположение катода в этой зоне печи благоприятствует отделению металла от шлака и очищению его от примесей, а нахождение здесь сливной летки максимально упрощает извлечение металла. Indeed, liquid metal is concentrated in the deepest part of the furnace, and the location of the cathode in this zone of the furnace favors the separation of metal from slag and its purification from impurities, and the presence of a drain hole here makes metal extraction as easy as possible.
Подача восстановителей в зону между электродами интенсифицирует процесс восстановления металла и увеличивает степень его рафинирования, так как электрохимические реакции наиболее активно протекают в максимально разогретой зоне шлакового расплава, каковой является область между катодом и анодом. The supply of reducing agents to the zone between the electrodes intensifies the process of metal reduction and increases the degree of its refinement, since electrochemical reactions most actively occur in the most heated zone of the slag melt, which is the region between the cathode and anode.
Электропечь работает следующим образом. Со стороны анода 9 через загрузочный бункер 7 подается шихта, которая впоследствии разогревается проходящим через нее током. В зону между электродами в шлаковый расплав ниже его поверхности через фурму 6 вдувается восстановительный газ. Рабочий процесс распределяется на два периода: период плавления шихты и период восстановления. Процесс восстановления осуществляют таким образом, чтобы между токоподводящими электродами и расплавом не происходило образования открытых дуг. С этой целью для каждого конкретного случая плавки в зависимости от состава минерального сырья подбирают оптимальное расстояние между электродами. Восстановление происходит по описанному выше принципу и считается законченным, когда в шлаке наблюдается устойчивое содержание восстанавливаемого металла. После окончания процесса полученный расплав через летку 2 сливается в ковш. Electric furnace works as follows. From the side of the anode 9, a charge is fed through the loading hopper 7, which is subsequently heated by the current passing through it. In the zone between the electrodes in the slag melt below its surface through the lance 6 is injected reducing gas. The working process is divided into two periods: the melting period of the charge and the recovery period. The recovery process is carried out in such a way that no open arcs are formed between the current-carrying electrodes and the melt. For this purpose, for each specific case of melting, depending on the composition of the mineral raw materials, the optimal distance between the electrodes is selected. Recovery occurs according to the principle described above and is considered complete when a stable content of the reduced metal is observed in the slag. After the end of the process, the obtained melt is drained into a ladle through a notch 2.
В печи возможны осуществление непрерывной подачи шихты и периодические сливы металла и шлака. In the furnace, continuous charge feeding and periodic discharge of metal and slag are possible.
Заявляемая конструкция печи позволяет получать металлы с высокой степенью рафинирования при меньших энергозатратах, обладает повышенной производительностью и долговечностью в сравнении с широкоиспользующимися в металлургии печами подобного типа. The inventive design of the furnace allows to obtain metals with a high degree of refining at lower energy consumption, has increased productivity and durability in comparison with widely used furnaces of this type in metallurgy.
Предлагаемая конструкция нова, промышленно применима и имеет изобретательский уровень, так как характеризующие ее отличия не вытекают из уровня техники. The proposed design is new, industrially applicable and has an inventive step, since the differences characterizing it do not follow from the prior art.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94031151A RU2116596C1 (en) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | Dc electric furnace for electroslag reduction of metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94031151A RU2116596C1 (en) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | Dc electric furnace for electroslag reduction of metals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94031151A RU94031151A (en) | 1996-06-27 |
| RU2116596C1 true RU2116596C1 (en) | 1998-07-27 |
Family
ID=20159984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94031151A RU2116596C1 (en) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | Dc electric furnace for electroslag reduction of metals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2116596C1 (en) |
-
1994
- 1994-08-25 RU RU94031151A patent/RU2116596C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 17 /00 F 27 B 3/18, 1993. * |
| 2. DE, патент N 3621323, C 2 1 B 13/12, 1987. 3. DE, патент N 2507631, C 21 B 13/12, C 21 C 5/52, 1975. 4. DE, заявка N 2526220, C 21 C 5/52, 1997, 5. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94031151A (en) | 1996-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR960004796B1 (en) | Arc type steel-making electric furnace and steel-making process | |
| US8009717B2 (en) | Process and equipment for the treatment of loads or residues of non-ferrous metals and their alloys | |
| JP3972266B2 (en) | Method and apparatus for operating a double vessel arc furnace | |
| JPS62227023A (en) | Steelmaking apparatus | |
| US4277638A (en) | Prefabricated unit for a DC arc furnace | |
| KR950000895A (en) | Steel converters and steelmaking methods using them | |
| RU97118334A (en) | INSTALLATION AND METHOD FOR PRODUCING IRON MELTS | |
| RU2116596C1 (en) | Dc electric furnace for electroslag reduction of metals | |
| JPS5839214B2 (en) | Non-ferrous metal smelting method | |
| US4468782A (en) | Method and device for operating a DC arc furnace | |
| US5590151A (en) | Process for melting scrap iron in an electric furnace and installation for implementing the process | |
| SK4682001A3 (en) | Direct-current arc furnace comprising a centric charging shaft for producing steel and a method therefor | |
| CN1154411A (en) | Melting equipment | |
| SU1316367A1 (en) | Furnace for continuous melting of sulfide materials in liquid bath | |
| RU2410444C1 (en) | Dc arc steel furnace | |
| RU1770419C (en) | Direct current arc furnace | |
| RU2190815C1 (en) | Electric arc steel-melting dc furnace | |
| RU2335549C2 (en) | Method of plasma arc furnace charging and device for implementation of method | |
| RU2318876C1 (en) | Apparatus for direct reduction of metals | |
| RU2088869C1 (en) | Electric furnace for slag processing | |
| SU406905A1 (en) | STEELING STRAIGHTENING UNIT | |
| KR810001641B1 (en) | Plasma arc vertical shaft furnace | |
| RU2165462C2 (en) | Tandem steel-making unit and method of steel melting in tandem steel-making unit | |
| RU72227U1 (en) | INSTALLATION OF ELECTRIC SLAG REFINING OF CAST IRON CHIP | |
| SU1666902A1 (en) | Ore-smelting electric-arc furnace |